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CHAPITRE IV : INTERPRETATION DES RESULTATS DES ESSAIS

IV.1. Introduction

Dans ce chapitre nous allons essayer de donner une signification des résultats obtenus.  L’importance et la nécessité de ceux-ci portent l’objet de ce chapitre qui présente également l’objectif poursuivis dans ce travail.

IV.2. Caractéristiques d’identification et de classification

IV.2.1. Composition granulométrique

Les résultats trouvés par tamisage  permettent de dire que les cendres volcaniques de Mont Goma présente une prédominance en éléments de sables grossiers  qui représentent 55% dans ce sol. 

 La forme de la courbe granulométrique permet d’apprécier son degré d’étalement. Les  coefficients  (coefficient d’uniformité) ou coefficient de HAZEN et  (coefficient de courbure) permettent de dire si un sol présente une granulométrie équilibrée ou mal équilibrée[1].

  • Si , la granulométrie est uniforme ou serrée
  • Si , la granulomatrie est etalée ou variée
  • Si est compris entre 1 et 3, le sol est bien gradué.

Cependant  étant le diamètre effectif des grains correspondant à un passant de y% sur la courbe c'est-à-dire y% des particules ont un diamètre inferieur à  et 90% un diametre supérieur à   

Par les formules  et et les conditions de conformité et de courbure, les cendres volcaniques présentent une granulométrie étalée et mal équilibrée car son  est superieur à 2 et son  n’est pas compris entre 1 et 3.

IV.2.2. Limites d’Atterberg

L’interprétation des limites d’Atterberg (de liquidité et de plasticité) est largement facilitée par l’usage de l’abaque de plasticité développée par Casagrande (figure IV.1). L’indice de plasticité de ce sol donné par la ligne A. Tous les points se trouvant au dessus de cette ligne correspondent aux argiles inorganiques. Les points situés en dessous de la ligne A aux argiles organiques et aux silts organiques ou inorganiques.

Les silts organiques sont situés dans les limites  et

La limite de plasticité étant pratiquement non mesurable pour ce sol, l’indice de plasticité a une valeur nulle.

IV.2.3. Classification

Sur l’abaque de Casagrande, les cendres volcaniques se retrouvent dans la zone de sols organiques peu plastiques.

Point où se situe les cendres de Mont Goma de IP=0 et

Figure IV.1 : Abaque de Casagrande

Le système de classification du Laboratoire National des Travaux Publics de la République Démocratique du Congo par sa partie des classes de sols suivant leur genèse place les cendres volcaniques dans la classe Ge1. Cette classe représente les sols graveleux d’origine éruptive dont les critères de classification donnés par le pourcentage passant au tamis 200 (F) inferieur à 15% et le produit de ce dernier avec l’indice de plasticité (Ip) qui est inferieur à 180. Le passant au tamis 200 des cendres volcaniques de Mont Goma étant de 11% inferieur à 15% et leur indice de plasticité de 31,8% ; leur produit est inferieur à 180.

Les cendres volcaniques de Mont Goma tombent dans le critère de sols graveleux d’origine éruptive.

IV.2.4. Perméabilité

Le tableau IV.1 donne à partir de la valeur du coefficient de perméabilité, les caractéristiques de drainage d’un sol.

Tableau IV.1 : Les valeurs de perméabilité des sols.

k (cm/s)

10

1

10ˉ¹

10ˉ²

10ˉ³

10ˉ⁴

10ˉ⁵

10ˉ⁶

10ˉ⁷

10ˉ⁸

10ˉ⁹

Drainage

Bon

Mauvais

Pratiquement imperméable

Type de sol

Gravillon

Sable

Silt et mélange Sable et argile

Argiles

Travaux de Génie  Civil

Zones perméables

Zones imperméables

                               

(Source : M.CALLAUD, Mécanique des sols, propriétés des sols, tome I, 2003, p64.)

D’après la valeur de k qui est de 0,9025x10-2cm/s trouvée par l’essai perméamètrique à charge constante  les cendres volcaniques de Mont Goma présentent un drainage bon. Pour son utilisation en travaux de génie civil, les cendres volcaniques de Mont Goma sont appliquées aux travaux dans les zones perméables suite à la valeur de k égal à 0,9025x10-2cm/s trouvée.

IV.3. caractéristiques mécaniques

IV.3.1. Indice Portant Californien

La valeur du CBR à 95% de l’OPM trouvée est de 10,4 et de la densité sèche est de 1,5. La classe de portance des sols (tableau IV.2) montre que les cendres du Mont Goma appartiennent à la classe S3 suite à sa valeur du CBR qui se situe  entre 10 et 15. A cause de sa densité sèche inferieure à 2,00, le minimum requis en couche de base, l’optimisation de leur utilisation en couche de base nécessite une amélioration de la densité optimale par ajout des granulats.

Tableau IV.2 : Classification de sols suivant la valeur du CBR selon Léautaud (1984)

CLASSE PORTANTE

INTERVALLE DES INDICES CBR CORRESPONDANTS

S1

CBR<5

S2

5<CBR<10

S3

10<CBR<15

S4

15<CBR<30

S5

CBR>13

IV.3.2. Teneur en eau et densité sèche maximale

Les valeurs trouvées de et celle montrent que les cendres volcaniques du Mont Goma attegneint leur énergie maximale de compactage lorsque celles-ci atteignent respectivement  et

Lorsqu’elles sont compactées à une teneur en eau inferieure à la valeur de la teneur en eau optimale (figure III.4), l’énergie de compactage se dissipe à cause des frottements entre grains ce qui peut entrainer peu ou pas de consolidation du sol. Dans ce cas, il faut ajouter de l’eau dans le sol à compacter et atteindre une valeur égale ou proche de celle de la teneur en eau optimale.

Dans la branche de droite (branche humide), le sol à compacter à une teneur en eau supérieure à la teneur en eau optimale ; une grande partie de l’énergie de compactage de matériau passe dans l’eau ce qui entraine une réduction ou une annulation du compactage. A ce stade, il faut sécher laisser sécher le matériau jusqu’à ce qu’il atteigne la teneur en eau optimale.

Comme nous venons de le remarquer pour avoir bon compactage le matériau doit avoir une teneur en eau egale à la teneur en eau optimale.

Selon le tableau IV.3, les cendres volcaniques du Mont Goma présentent une caractéristique des sols peu compactes à partir de sa composition granulométrique qui est étalée et du rapport     égale 1,6.

La valeur de densité sèche à l’OPM est moins proche de celle recommandée en couche de fondation , soit 1,90 d’où une amélioration pour son utilisation en route est nécessaire.

Tableau IV.3 : Caractéristique de sols pulvérulents selon TARZAGHI et PECK

La granulométrie étalée ( ) et la densité sèche ( ) trouvées montrent que les cendres volcaniques de Mont Goma sont peu compactes.

Dans les normes de compactage en Afrique du sol et des conditions climatiques, le bon compactage doit atteindre des densités pour :

  • Argile : 2,0 t/m3
  • Sable : 2,2 t/m3
  • Mélange gravier, sable, argile : 2,5 t/m3

Les cendres volcaniques de Mont Goma présentent une faible densité de compactage par rapport à celle exigée par les normes de compactage de sol en Afrique, d’où la nécessité de les améliorer pour avoir un bon compactage.

IV.3.3. Resistance à la compression

L’essai de consolidation est souvent considéré comme le plus important et le plus utile des essais que l’on peut faire sur les sols destinés à servir de fondation pour les structures. Les valeurs trouvées lors de cet essai servent dans la plupart pour la détermination des tassements.

Parmi les différentes applications des résultats de l’essai de consolidation citons :

  • La détermination du coefficient de compression

Le coefficient de compression est une grandeur caracteristique pour un sol donné. Elle ne dépend pas de l’état de contrainte initiale.

La valeur trouvée par l’essai œdométrique le tableau en annexe 4 montre que les cendres volcaniques de Mont Goma ont un indice de compressibilité moins élevé de l’ordre de 0,13.

La classification[3] ci-dessous montre les cendres de Mont Goma se trouve dans la catégorie de sol moyennement compressible du fait que son  est compris entre 0,1 et 0,2.

  • La pression de consolidation

La pression de consolidation (encore appelée pression de préconsolidation notée  donnée par l’essai equivalant à 2,5bar est la contrainte effective la plus grande supportée par le sol (cendres volcaniques de Mont Goma) au cours de son histoire. Pour l’essai, elle est en générale égale au poids de terres qui correspondent à la profondeur où l’échantillon a été prélevé[4].

Mais elle peut être supérieure à celle-ci si l’érosion a attaqué la surface de sol et le sol est dit surconsolidé.

Eventuellement la pression de consolidation peut être inferieure au poids des terres si la consolidation naturelle de terres n’était pas terminée au moment du prélèvement de l’échantillon[5].

D’où :

  • : le sol est surconsolidé
  • : le sol est normalement consolidé
  • : le sol est sous-consolidé

 Contrainte effective verticale ajouté en un point du sol.

  • L’indice des vides : intervient dans la détermination de tassement œnométrique.

            Toutes ces caractéristiques de l’essai œnométrique nous servent d’application au calcul des tassements sous une surcharge des cendres volcaniques de Mont Goma en passant par la formule IV.1.

                                        (IV.1)

S= tassement

Cc= indice de compression

eo= indice des vides initial

∆= variation de la contrainte subie par le sol

c= contrainte de pré consolidation

ho= épaisseur de la couche

vo'= contrainte effective initiale du sol

Pour le cas de valeurs trouvées par l’essai œdométrique de l’indice de compression, de l’indice de vides initial et de la contrainte de consolidation ; la relation ci-dessus peut s’écrire sous cette forme :


                                                           (IV.2)

C’est la formule qui permet de calculer le tassement des cendres volcaniques du Mont Goma sous une surcharge de hauteur ho.

IV. 3.4. Resistance au cisaillement rectiligne

Rappelons que l’essai de cisaillement rectiligne nous a permis de trouver la valeur de l’angle de frottement interne du sol et celle de la cohésion du sol.

  • L’angle de frottement interne

Il définisse la résistance au cisaillement d’un sol et dépend du coefficient de frottement entre les grains et de la compacité. Il est beaucoup utilisé en mécanique de sol et pour ce qui est de notre il nous aidera à :

  • Classer un sol suivant un ordre de grandeur ci-après[6]:

(Source : Allaud, M., (2003) : Cours de mécanique de sols. Propriétés des sols. Groupe des Ecoles EIER-ETSTHER. Tome 1, Ouagadougou, p)

La formule empirique de JAKY dans le cas des sols pulvérulents donnée par :

                                               (IV.3)

La formule IV.3 donne la valeur de K0 en fonction de l’angle de frottement interne du sol.

La valeur de l’angle de frottement interne de cendres volcaniques de Mont Goma est représentée par un  de 20° et qui remplacée dans  la formule de JARY donne une valeur de Ko qui vaut 0,70. La valeur de celle-ci montre que suivant l’ordre ci-dessus, les volcaniques se retrouvent dans la catégorie de sol normalement consolidé.

  • Connaitre les paramètres qui sont fonction de l’angle de frottement interne et ultilisés dans la détermination de la contrainte de rupture des sols pulvérulents par la relation :

                                    (IV.4)

Les paramètres  sont liés à l’angle de frottement interne par le tableau IV.4.

Tableau IV.4 : Valeurs des paramètres  en fonction de   (DTU13.12)

Le tableau IV.4 montre que grâce à la valeur de  trouvée par l’essai de cisaillement rectiligne, les parametres  des cendres volcaniques de Mont Goma  sont representés respectivement par  14,80 ; 6,40 ; 3,50.

Cet angle est d’une importance capitale en mécanique de sol et son application dans le dimensionnement des fondations et des ouvrages en terres est quasi infinie.

  • Cohésion du sol

 C’est une résistance au cisaillement sous contrainte normale nulle. Elle est donnée par une valeur nulle pour les cendres volcaniques de Mont Goma ce qui prouve que ce sol est un sol pulvérulent.

Sur la courbe intrinsèque, la droite représentative de  passe par l’origine et se présente comme le montre la figure ci-dessous.

L’angle  est l’angle qui se trouve entre l’axe de contrainte  et la droite de Coulomb donnée par

Figure IV.2 : Représentation de la droite de Coulomb des cendres volcaniques du sol de Mont Goma

L’angle de frottement interne et la cohésion du sol nous ont permis d’avoir pour le graveleux d’origine éruptive du Mont Goma  la valeur de :

  • La stabilité en rupture circulaire d’un talus

Dans le glissement de talus, la rupture se fait souvent par une allure circulaire[7].

Figure IV.3 : Cercle de rupture d’un talus

(Source : Allaud, M., (2003) : Cours de mécanique de sols. Propriétés des sols. Groupe des Ecoles EIER-ETSTHER. Tome 2, Ouagadougou, p28.)

Beaucoup de méthode ont été utilisé pour trouver la stabilité de talus mais celle qui va nous intéresse dans la cadre de ce travail est l’utilisation de l’abaque de TAYLOR-BIAREZ (figure IV.4).

Son utilisation nécessite quelques données comme la cohésion, l’angle de frottement interne, le poids volumique humide du sol, la hauteur et la pente de talus .

Il est dit que l’angle de talus maximal est l’angle de talus du sol pour le talus de sol granulaire où la cohésion du sol est nulle[8].

Cet abaque va nous permettre d’affirmer si les cendres volcaniques du Mont Goma par ses données de l’essai de cisaillement rectiligne si la phrase précédente était vraie.

          Le point de coordonnées sur l’abaque (figure IV.4) est ( ) ; ce point avec l’origine donne une droite. L’intersection de la droite avec la courbe correspondant à la pente de talus donne un autre point. Pour un sol pulvérulent le coefficient de stabilité  donne l’infini car .

Nos cordonnées sont : (0 ; tan20°).

Figure IV.4 : Abaque de Taylor-Biarez

Le point en étoile montre les deux points de la droite confondus sur la courbe de . Cela nous confirme que pour les graveleux du Mont Goma et les autres sols dont la cohésion vaut zéro, l’angle de talus égal à l’angle de frottement interne.

Pour ce sol quelque soit la hauteur de talus si l’angle de celui-ci est respecté,

Il reste en toujours stable.

IV.3.5. Resistance au pénétromètre dynamique

La contrainte admissible est déduite des essais de pénétration dynamique réalisé par une série des essais in situ qui se déduit la formule ci-après proposée par L’Herminier :

Dans cette formule, Rd  est la résistance de pointe dynamique et 20 le coefficient sécurité.

Tableau IV.5 : Classification des sols suivant la consistance

(Source : Pierre MUZTUMBA M., Notes de cours de Mécanique de sols et des roches. Parties I, p16)

nombre de coups

consistance

contrainte admissible en MPa

Ë‚ 2

Très molle

0,025

2 à 4

Molle

0,025 à 0,05

4 à 8

Moyenne

0,05 à 0,1

8 à 15

Raide

0,1 à 0,2

15 à 30

Très raide

0,2 à 0,4

˃ 30

Dure

˃ 0,4

Ce tableau IV.5 permet de donner à partir de nombre de coups et de la contrainte admissible trouvée la consistance de sol et caractérise chaque point en fonction ceux-ci.

Le tableau 6 en annexe donne les différentes contraintes admissibles par couche de profondeur à chaque point où l’essai à était réalisé.

Si nous envisageons construire une fondation à une profondeur de 2m par exemple, la contrainte admissible maximale du sol à cette profondeur doit être limitée à la valeur dans le tableau 6 qui est de 1,1 MPa.

A cette profondeur, nous remarquons que le sol commence à prendre une consistance dure du fait que son nombre de coup avoisine le 30 et peut également se remarquer par une difficulté de pénétration de l’ongle du pouce.

Les contraintes admissibles sont très indispensables dans le dimensionnement de fondation.

[1] R.Nova, Fondement de la mécanique de sol, Quae édition, 2004, p.36

[2] Pierre M, Mécanique des sols et des roches, partie I : propriétés physiques des sols, 1994, p51

[3] Pierre M, Mécanique des sols et des roches, partie II : propriétés mécaniques des sols, 1994, p32

[4] Jacques L., Géotechnique 1, Cemagref, 2006, p.77

[5] Bouassida R., Boussetta R., Manuel des travaux pratiques de mécanique des sols. Centre de publication universitaire, Tunis-Tunisie p.86 

[6] M.CALLAUD, Mécanique des sols, fondation et ouvrages en terre, Tome II, 2003, p42

[7] Costet J. et Sanglerat G., Cours pratique de mécanique des sols, DUNOD éd. Paris, p.352

[8] Habib P., Génie géotechnique-Application de la mécanique des sols et des roches, ECLLIPSES, 1997, p.125

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